管道螺旋流動(dòng)強(qiáng)化天然氣水合物生成技術(shù)研究

【摘要】：天然氣水合物的強(qiáng)化快速生成研究一直是水合物應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn),廣泛應(yīng)用于油氣運(yùn)輸、石油化工、能源化工和環(huán)境工程等領(lǐng)域。尋找出新型的天然氣水合物快速生成方法并對(duì)其展開系統(tǒng)的研究,可以優(yōu)化現(xiàn)有的水合物反應(yīng)器的操作和開發(fā)設(shè)計(jì)更高效的新型反應(yīng)器提供指導(dǎo),對(duì)于解決油氣管道運(yùn)輸以及能源環(huán)境問(wèn)題具有重要意義。本文在總結(jié)現(xiàn)有的水合物生成裝置特點(diǎn)上,開發(fā)出了一種新型的管道螺旋流動(dòng)強(qiáng)化天然氣水合物的生成裝備,主要采用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)氣液兩相螺旋流以及管道內(nèi)的水合物生成進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：總結(jié)梳理了國(guó)內(nèi)外對(duì)天然氣水合物的勘探與開采的現(xiàn)狀,重點(diǎn)梳理研究了國(guó)內(nèi)外的對(duì)于天然氣水合物的強(qiáng)化生成方法,主要包括物理強(qiáng)化與化學(xué)強(qiáng)化,還有一些特殊的強(qiáng)化方法,對(duì)各種強(qiáng)化方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及目前工業(yè)上大規(guī)模生成天然氣水合物的難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析,本課題組開發(fā)的管道螺旋流動(dòng)強(qiáng)化天然氣水合物生成技術(shù)是一種新型的高效的天然氣水合物生成促進(jìn)裝置。對(duì)水平管內(nèi)以葉輪起旋的氣液兩相螺旋流進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。描述并定義了以葉輪起旋的氣液兩相螺旋流的流型,繪制出氣液兩相螺旋流流型圖；考察了流速對(duì)流型的影響,葉輪參數(shù)對(duì)流型轉(zhuǎn)換邊界的影響；考察了含氣率、流型、流速以及葉輪參數(shù)對(duì)流動(dòng)壓降的影響。隨后,對(duì)水平管內(nèi)以葉輪起旋的液相螺旋流進(jìn)行了LDV測(cè)量研究。分析研究了螺旋流的衰減、平均雷諾數(shù)以及葉輪參數(shù)對(duì)軸向以及切向流速分布的影響；推導(dǎo)了螺旋流的衰減公式。對(duì)水平管內(nèi)以扭帶起旋的氣液兩相螺旋流實(shí)驗(yàn)研究,得出了四種流型以及扭率對(duì)流型轉(zhuǎn)換邊界以及壓降的影響。對(duì)水平管內(nèi)的氣液兩相螺旋流有了深入的研究,為管內(nèi)螺旋流動(dòng)狀態(tài)下的水合物的生成奠定了基礎(chǔ)。對(duì)管道內(nèi)螺旋流動(dòng)強(qiáng)化天然氣水合物生成進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究?？疾炝斯艿纼?nèi)水合物生成的特點(diǎn),對(duì)不同流速以及不同扭率情況下的水合物生成的誘導(dǎo)時(shí)間與生成時(shí)間進(jìn)行了研究；考察了溫度以及扭率對(duì)水合物生成的影響,并對(duì)耗氣量進(jìn)行了初步研究；初步總結(jié)了管道內(nèi)水合物生成的機(jī)理,并建立了考慮促進(jìn)劑作用的管道內(nèi)水合物生成動(dòng)力學(xué)模型。 【關(guān)鍵詞】：天然氣水合物 氣液兩相螺旋流 LDV 模型
【學(xué)位授予單位】：常州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TE832
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 問(wèn)題的提出及研究意義12-14
• 1.1.1 問(wèn)題的提出12
• 1.1.2 研究意義12-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外NGH生成促進(jìn)技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)14-21
• 1.2.1 NGH生成原理14
• 1.2.2 NGH生成過(guò)程的強(qiáng)化方法14-19
• 1.2.3 工業(yè)上大規(guī)模生成水合物的難點(diǎn)19-20
• 1.2.4 NGH生成技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)20-21
• 1.3 本文研究任務(wù)21-24
• 2 以葉輪起旋的螺旋流實(shí)驗(yàn)研究24-42
• 2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與裝置的設(shè)計(jì)24-26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介24
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置24-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)26
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)條件26
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法26
• 2.3 流型26-31
• 2.4 流型圖31-34
• 2.5 流動(dòng)規(guī)律分析34-38
• 2.5.1 流速對(duì)流型的影響34-37
• 2.5.2 起旋角度對(duì)流型轉(zhuǎn)換邊界的影響37
• 2.5.3 葉片面積對(duì)流型轉(zhuǎn)換邊界的影響37-38
• 2.6 流動(dòng)壓降分析38-40
• 2.6.1 含氣率對(duì)壓降的影響38
• 2.6.2 流型對(duì)壓降的影響38-39
• 2.6.3 流速對(duì)壓降的影響39-40
• 2.7 本章小結(jié)40-42
• 3 以葉輪起旋的螺旋流LDV實(shí)驗(yàn)研究42-56
• 3.1 實(shí)驗(yàn)概略42-44
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)原理42
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介42-43
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)裝置43-44
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)44-45
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)條件44
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法44-45
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析45-54
• 3.3.1 軸向速度45-48
• 3.3.2 切向速度48-51
• 3.3.3 湍流強(qiáng)度51
• 3.3.4 螺旋強(qiáng)度衰減規(guī)律51-54
• 3.4 本章小結(jié)54-56
• 4 以扭帶起旋的螺旋流實(shí)驗(yàn)研究56-64
• 4.1 實(shí)驗(yàn)介紹56-58
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介56
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置56-58
• 4.2 流型58-61
• 4.2.1 螺旋波狀流58-59
• 4.2.2 螺旋泡狀流59-60
• 4.2.3 螺旋彌散流60
• 4.2.4 螺旋軸狀流60-61
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析61-62
• 4.3.1 扭率對(duì)流型轉(zhuǎn)換邊界的影響61-62
• 4.3.2 扭率對(duì)壓降的影響62
• 4.4 本章小結(jié)62-64
• 5 管道螺旋流動(dòng)強(qiáng)化NGH生成裝置64-68
• 5.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介64-65
• 5.2 設(shè)備的設(shè)計(jì)與選擇65-66
• 5.2.1 供水系統(tǒng)65
• 5.2.2 供氣系統(tǒng)65
• 5.2.3 冷卻系統(tǒng)65-66
• 5.2.4 監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)66
• 5.3 本章小結(jié)66-68
• 6 管道螺旋流動(dòng)強(qiáng)化NGH生成實(shí)驗(yàn)研究68-82
• 6.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與方法68-70
• 6.1.1 實(shí)驗(yàn)條件68-69
• 6.1.2 實(shí)驗(yàn)方法及步驟69-70
• 6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析70-74
• 6.2.1 NGH生成過(guò)程70
• 6.2.2 誘導(dǎo)時(shí)間與生成時(shí)間70-71
• 6.2.3 溫度對(duì)NGH生成的影響71-72
• 6.2.4 扭率對(duì)NGH生成的影響72-73
• 6.2.5 耗氣量73-74
• 6.3 生成機(jī)理初步分析74-75
• 6.3.1 成核74-75
• 6.3.2 生長(zhǎng)75
• 6.4 管道水合物生成模型75-80
• 6.4.1 氣體水合物生成速率75-79
• 6.4.2 水合物生成驅(qū)動(dòng)力79
• 6.4.3 水合物生成誘導(dǎo)時(shí)間79-80
• 6.4.4 管道內(nèi)含有活性劑的氣體消耗率80
• 6.5 本章小結(jié)80-82
• 7 總結(jié)與展望82-86
• 7.1 總結(jié)82-83
• 7.2 展望83-86
• 參考文獻(xiàn)86-92
• 攻讀學(xué)位期間研究成果92-96
• 致謝96

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